某涡轴发动机起停姿态下润滑系统特性试验分析
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摘 要：本文介绍了某涡轴发动机起停姿态试验方案及过程，对该发动机起停姿态下的润滑系统特性进行了验证分析。发动机在极限姿态条件下，滑油箱按最小加油量加油时，滑油系统回油可靠;在整个试验过程中，滑油系统增压泵中未出现吸入空气造成发动机滑油压力低报警情况;试验后，分解检查发动机配套轴承、齿轮，无滑油油泥或结焦物的附着，未出现明显的机械损伤;将起停姿态上仰角限制值调整为上仰+13°横滚0°、上仰+13°横滚+15°、上仰+13°横滚-10°。
关键词：涡轴发动机;润滑系统;起停姿态试验;验证分析
中图分类号：V233 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）08-0060-02
《航空发动机适航规定》（CCAR-33R2）中第33.71条（a）款规定“每一润滑系统在航空器预期使用的飞行姿态和大气条件下，必须能正常地工作。”为了满足上述条款要求，某涡轴发动机通过开展姿态试验，对其起动和停车姿态下（以下简称起停姿态）润滑系统特性进行分析。
1 试验方案
本次试验在室内姿态台进行，整个试验过程中，发动机采用自动控制模式，在无负载下运行且不连接测功器。
某涡轴发动机的安装使用手册中规定能够在以下姿态点正常起动、停车：
下俯角-11°和横滚角0°
下俯角-11°和横滚角+15°
下俯角-11°和横滚角-15°
上仰角+16°和横滚角0°
上仰角+16°和横滚角+15°
上仰角+16°和横滚角-15°
发动机将通过依次完成上述姿态角度的起停姿态试验，检查其在地面起停姿态下的轴承腔泄漏情况及润滑系统的供、回油情况等。
2 试验过程及结果
2.1 试验过程
在发动机起停姿态试验开始前，发动机调整至水平姿态，向发动机滑油箱注入滑油至最小液位（2.9L），起动发动机到地面慢车（XNPT = 15540rpm），运行10分钟，停车。
（1）调整发动机至试验姿态，并至少保持发动机在当前试验姿态15分钟;在发动机起动前检查和标记滑油箱液面刻度;
（2）在该姿态下起动发动机到地面慢车转速（XNPT=
15540rpm），运行10分钟。记录各参数。然后加速发动机到飞慢转速（XNPT=21000rpm），运行20分钟，停车;
（3）发动机运行时，判断是否存在外部泄漏情况;记录各测试参数;注意停车过程中是否有异响;记录余转时间;
（4）在起动/连续工作/停车试验過程中，观察前滑油排漏口的漏油情况并记录;如果存在漏油，测出漏油量;
（5）停车后15分钟左右检查滑油液位，如出现目视可见的液位下降情况，则加油到试验前标记的液位处，并记录加油量，该加油量即为该姿态下的滑油消耗量。如目视观察液位无下降，则无需加油;
完成一个起停姿态后，调整发动机到下一个起停姿态点，重复上述（1）～（5）的试验步骤，直至完成表1中所有要求的起停姿态点。
2.2 试验结果
起停姿态试验过程中，发动机运行稳定，未出现滑油泄漏现象，润滑系统供、回油可靠。由图1～图6可知，试验过程中，滑油压力随燃气涡轮转速的增大而升高，随滑油温度的升高而下降，符合其正常变化特性，未出现异常的波动或下降，也未出现因增压泵吸入空气造成滑油压力低报警。
发动机在下俯-11°的三个姿态点试验停车（XNH=0）后，静置过程中，无滑油泄漏;在上仰+16°的三个姿态点试验停车（XNH=0）后，静置过程中，尾喷口处均有少量的滑油泄漏，具体漏油情况见表2。
3 起停姿态上仰角漏油分析
发动机在上仰+16°横滚0°、上仰+16°横滚+15°、上仰+16°横滚-15°起停姿态试验时，在停车（XNH=0）静置（4～9）分钟后出现了最大约7.3ml外部滑油泄漏。这是由于在静置过程中，轴承腔内壁面上的滑油在重力作用下慢慢沉积到后轴承腔内，此时发动机处于倾斜状态，篦齿封严处也无引气封严，沉积到后轴承腔内的滑油在重力作用下漫过该轴承腔的后封严篦齿，经动力涡轮流道流至尾喷管（含有滑油的轴承腔通风油雾也排至尾喷口处）。滑油泄漏的路径示意图见图7。
4 结论及建议
某涡轴发动机在整个姿态试验过程中，滑油系统增压泵中未出现吸入空气造成发动机滑油压力低报警情况;在起停姿态极限条件下，滑油系统能够可靠的供、回油。
发动机在上仰+16°的三个姿态点停车后出现滑油泄漏，不能满足发动机起停姿态上仰角限制值的设计要求，为了进一步确保使用安全，建议调整发动机起停姿态上仰角度限制值，并重新进行试验验证。
参考文献
[1] 林基恕.航空燃气涡轮发动机机械系统设计[M].航空工业出版社，2005.
[2] 李宛荣.航空发动机润滑系统性能分析[D].北京航空航天大学，2011.
[3] 谭锋，王亮云，雷敦财，费金宝.发动机轴承腔姿态适应性分析及试验验证.南华动力，2018（3）：101-105.
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